项目一 冲压概述

冲压作为一种先进的加工方法，因其具有生产效率高、材料利用率高、生产成本低、产品形状和尺寸稳定的优点而被广泛应用于航空航天、汽车、电动机、电器、仪器仪表、通信及人们日常生活用具等各个领域，具有广阔的发展前景。本项目通过实例引导读者掌握有关冲压的基本知识，为日后灵活运用冲压的有关知识打好基础。

知识目标

➢ 冲压的基本概念和特点

➢ 冲压工序的分类

➢ 冲压加工常用材料

➢ 冲压常用设备

技能目标

➢ 掌握冲压的概念和运用

➢ 对具体的冲压零件能分清其工序类型

➢ 能根据冲压件的具体情况选择合适的材料

➢ 掌握常用冲压设备的类型、参数，并能合理选用

任务一 冲压基本知识

任务说明

图1-1所示是一些常见的冲压零件，其形状各不相同，成形方法也不一样，通过下面的学习，掌握冲压件在冲压成形过程中的成形方法、冲压工序的类型和材料的选用方法。

基础知识

知识链接1——冲压的概念、特点和运用

一、冲压概念

冲压是指依靠安装在冲压设备上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需形状、尺寸和性能零件的一种压力加工方法，如图1-2所示。

由于冲压经常在常温下进行，不需要对材料进行加热，故又称为冷冲压。冲压设备是指进行冲压加工所必需的成套设备、装置、生产线或加工中心，目前采用的多为传统的冲压设备，主要有机械压力机（曲柄压力机）、液压机等。冲压模具是指通过对材料施加压力使其产生分离或塑性变形而形成冲压件的工艺装备，简称冲压模或冲模。冲压用的原材料有金属材料和非金属材料，其中金属材料主要有板料、带料、线材、管材和型材等，其中以板料为主，故又将冲压称为板料冲压。

二、冲压加工的特点

与机械加工相比，冲压加工具有以下优点：

● 生产效率高，操作方便，易于实现机械化与自动化。

● 材料利用率高，能耗小，属于无切削加工，成本低，经济性好。

● 由于产品尺寸和形状完全由模具保证，因而产品尺寸精度高，形状稳定，互换性好。

● 能加工出用其他方法难以加工或无法加工的零件，如薄壳类零件、汽车覆盖件等。

冲压加工的缺点如下：

● 模具制作周期长，成本高。

● 生产时的噪声、振动大。

● 一般应用于大批量生产。

三、冲压加工的应用

由于冲压加工的优点，尤其是在大批量生产中的突出优势，其在机械制造、交通运输、国防及民用工业中得到广泛应用。大到汽车的覆盖件，小到钟表及仪器仪表元件，大多采用冲压方法加工而成。据统计，在汽车制造、仪器仪表及电机生产中，60%～70%的零件是采用冲压加工的；在电子产品中，冲压件的数量约占零件总数量的85%以上。全世界的钢材中，60%～70%是板材，其中大部分是通过冲压制成成品的。

知识总结与运用

冲压是使材料在外力作用下产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法，具有高效、节能、低成本的优点，特别适用于薄壁零件的成形加工。图1-3所示的零件属于薄壁零件，如采用棒料或方块料用车或铣等机械加工，材料的利用率很低，耗费的工时多，生产效率很低，同时在加工过程中装夹比较困难，产品容易变形，质量难以保证；而根据冲压的特点，采用冲压加工则很好地解决了这一问题。因此日后如果遇到大批量的薄板金属件，应首先考虑用冲压的方法进行加工。

知识链接2——冲压工序的分类

由于冲压件种类繁多，且形状、尺寸、精度要求和生产批量等各不相同，所以生产中所采用的冲压工序也不同，通常可按下述方法分类。

一、按材料的变形性质分类

1.分离工序

被加工材料在外力作用下产生变形，当作用在变形部分的相当应力达到了材料的抗剪强度时，材料便发生剪裂而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件，这些冲压工序统称为分离工序，如冲孔、落料、切口等。常见的分离工序见表1-1。

2.成形工序

被加工材料在外力作用下，当作用在变形部分的相当应力处于材料的屈服极限与强度极限之间时，材料仅仅产生塑性变形，从而得到一定形状和尺寸的零件，这些冲压工序统称为成形工序，如弯曲、拉深、成形等。常见的成形工序见表1-2。

二、按基本变形方式分类

1.冲裁

使材料沿封闭或不封闭的轮廓剪裂而分离的冲压工序称为冲裁，如冲孔、落料等。

2.弯曲

将材料弯成一定角度或形状的冲压工序称为弯曲，如压弯、卷边、扭曲等。

3.拉深

将平板毛坯拉成空心件，或将空心件的形状和尺寸用拉深模作进一步改变的冲压工序称为拉深，有不变薄拉深和变薄拉深。

4.成形

使材料产生局部变形，以改变零件或毛坯形状的冲压工序称为成形，如翻边、缩口等。

三、按工序组合方式分类

1.简单工序

当零件批量不大、形状简单、精度要求不高、尺寸较大时，在工艺上常采用工序分散的方案，即在一副模具内只完成零件的一个工序，此工序称为简单工序。

2.组合工序

当零件批量较大、尺寸较小、精度要求较严时，用若干个分散的简单工序来冲压零件是不经济的或难于达到要求的。这时在工艺上多采用工序集中的方案，即将两种或两种以上的简单工序集中在一副模具内完成，这种工序称为组合工序。根据工序组合的方法，又可将其分为以下3类。

（1）复合冲压。复合冲压是指在压力机的一次行程中，在一副模具的同一位置同时完成两种或两种以上简单工序的冲压方法。

（2）连续冲压。连续冲压是指在压力机的一次行程中，在一副模具的不同位置同时完成两种或两种以上简单工序的冲压方法。连续冲压所完成的冲压工序依次分布在条料送进的方向上，压力机每一次行程中，条料送进一个步距，同时完成相应的工序。除最初几次冲压行程外，以后每次冲压行程都可以完成一个零件。

（3）连续-复合冲压。连续-复合冲压是指在一副模具内包括连续冲压和复合冲压的组合工序。连续冲压和连续-复合冲压是高效率的组合工序，可使复杂零件在一副模具内冲压成形。在大批量生产中广泛采用。

此外，在生产中也常使用冷冲压方法使零件产生局部的塑性变形来进行装配，此工序称为冷冲压装配工序，如铆接、弯接、冷塑压焊接等。

知识总结与运用

通过上面的学习可知，分离工序的实质是被加工材料在外力作用下产生变形，当作用在变形部分的应力达到了材料的抗剪强度时，材料便产生剪裂而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件；而成形工序的实质是被加工材料在外力作用下，当作用在变形部分的相当应力处于材料的屈服极限与强度极限之间时，材料仅仅产生塑性变形，从而得到一定形状和尺寸的零件。冲压件的形状多种多样，其加工的难易程度各不相同，有的只需一道工序就可完成，而有的则需要多道工序才能完成，且各道工序的性质也不一样。如图1-4所示的冲压件，材质为Q235，料厚t =1.5，中批量生产。其中图1-4（a）只需落料一道工序即可成形，图1-4（b）则需要落料→冲孔→弯曲三道工序才能完成，图1-4（c）需要落料→拉深→冲孔三道工序或落料拉深→冲孔二道工序完成。因此，我们一定要根据冲压件的具体情况分析它的成形性质。

知识链接3——冲压加工常用材料

一、冲压用材料的基本要求

1.冲压材料的性能要求

冲压材料一般应具有一定的强度、刚度、冲击韧性等力学性能要求，此外有的冲压材料还有一些特殊的要求，如传热性、导电性、导磁性、耐腐蚀等。

2.冲压的工艺要求

（1）用于的冲裁的材料应具有足够的塑性、较低的硬度以提高冲裁件断面质量及尺寸精度。其中，软料（如黄铜）的冲裁性能良好；硬料（如不锈钢、高碳钢）的冲裁断面质量较差；脆性材料在冲裁时容易产生撕裂等现象。

（2）用于弯曲的材料应具有足够的塑性、较低的屈服强度、较高的弹性模量。其中，塑性好的材料不容易弯裂，屈服强度较低、弹性模量较高的材料回弹较小。

（3）用于拉深的材料应具有较好的塑性、较低的屈服强度和硬度、较大的板厚方向性系数。硬度高的材料难以拉深成形，屈强比小或板厚方向性系数大的材料容易拉深成形。

（4）材料表面应平整光洁，无划痕、擦伤等缺陷，以免影响产品的外观质量，并便于冲压加工及焊接、喷涂等后续加工。

（5）材料的厚度公差应符合国家标准要求。如果材料厚度超差，不仅直接影响产品质量和模具寿命，而且还会产生废品，甚至损坏模具。

3.经济性要求

冲压材料要求取材广泛，物美价廉。

二、冲压常用材料的种类

冲压常用材料包括金属材料和非金属材料，金属材料又分为黑色金属和有色金属两类。

三、常用冲压材料

常用冲压材料包括冷轧碳素钢板、镀锌钢板、镀锡钢板、不锈钢板、铜板、铝板等。

1.冷轧碳素钢板

（1）普通冷轧碳素钢板。普通冷轧碳素钢板，如Q235、SPCC、SPCD、SPCE等由普通碳素结构钢冷轧而成，表面质量、尺寸精度、力学及工艺性能均优于热轧钢板，应用广泛。

SPCC（一般用途的冷轧碳素钢板）、SPCD（冲压用的冷轧碳素钢板）、SPCE（深冲压用的冷轧碳素钢板）原本属于日本JIS的钢材牌号，但是现在许多国家或企业（如宝钢）直接用来表示自己生产的同类钢材。

（2）优质冷轧碳素钢板。优质冷轧碳素钢板，如08、08F、10、10F等由优质碳素结构钢冷轧而成，性能优良，应用广泛。

2.镀锌钢板

镀锌钢板是指经过表面镀锌的冷轧钢板，除保留原板的性能之外，还具有良好的耐腐蚀性、成形性、焊接性、喷涂性等性能。按照镀锌工艺的不同，镀锌钢板可分为电镀锌钢板和热镀锌钢板两类。

（1）电镀锌钢板。电镀锌是指在电场作用下，将锌从锌盐溶液中连续沉积到钢板表面实现镀锌，如SECC（原板SPCC）、SECD（原板SPCD）、SECE（原板SPCE）等。

（2）热镀锌钢板。热镀锌是指将钢板浸入熔解的锌槽中实现表面镀锌。通常采用连续镀锌工艺，即把钢板连续浸在熔解有锌的镀槽中实现表面镀锌，如SGCC等。

3.镀锡钢板

镀锡钢板（习惯称马口铁）是指经过表面镀锡的冷轧钢板，大量用于制造食品包装盒、瓶盖等。镀锡钢板具有以下优点。

（1）外观漂亮，涂装性、印刷性好。

（2）耐腐蚀性、焊接性好。

（3）材质均匀，加工性能优良。

（4）作为食品容器，对人体无害。

4.不锈钢板

不锈钢板具有良好的耐腐蚀性，如SUS301、SUS304等。

5.铜板

铜在我国有色金属材料的消耗中仅次于铝，在电子、电气行业的应用最广、用量最大。铜能与许多其他金属形成合金，如铜与锌的合金称为黄铜，铜与镍的合金称为白铜，铜与铝、锡等的合金称为青铜。在铜中加入合金元素，可以提高材料的强度、硬度、弹性、易切削性、耐磨性、耐腐蚀性等性能，从而可以满足各种使用要求。

6.铝板

铝材质轻，具有良好的导电性、导热性、易延展性、耐腐蚀性等性能，应用很广。铝合金密度小、强度大，在航空航天领域应用广泛。

四、常用材料的力学性能

常用金属材料的力学性能见附录A。

五、材料的标记

对于厚度在4mm以下的轧制钢板，根据国家标准GB/T708—1991规定，钢板厚度的精度分为A（高级精度）、B（较高级精度）、C（普通精度）3级。对优质碳素结构冷轧薄钢板，根据国家标准GB/T710—1991规定，钢板的表面质量可分为Ⅰ（特别高级的精整表面）、Ⅱ（高级的精整表面）、Ⅲ（较高级的精整表面）、Ⅳ（普通的精整表面）4组，每组按拉深级别又分为Z（最深拉深）、S（深拉深）、P（普通拉深）3级。

在冲压工艺资料和图样上，对材料的表示方法有特殊的规定，如材料为08 钢，厚度为1.0mm，平面尺寸为1000mm×1500mm，较高级精度，较高级的精整表面，深拉深级的优质碳素结构钢冷轧钢板表示为：

冲压常用材料的形式有板料、卷料和带料，如图1-5所示。关于钢的牌号、规格和性能，可查阅有关手册和标准。

六、冲压材料的选用

冲压材料的选用一般在产品设计时已经由设计人员考虑，工艺人员只需对材料选用的合理性进行分析并提出合理化建议。冲压材料的选用一般应满足下列要求：

（1）满足冲压件的使用要求。

（2）满足冲压时的工艺要求。

（3）满足经济性要求。

知识总结与运用

冲压件用原材料有金属材料和非金属材料，其种类和规格较多，在形态上以板料和带料为主。材料的选用原则应满足零件的使用要求、冲压工艺要求及经济性要求。如图1-6所示的冲压件，其中图1-6（a）所示的电脑支架，需一定的强度和刚度，而对其他的条件要求一般，因而从经济上考虑选用Q235即可；图1-6（b）所示的餐具在成形时要求材料具有较好的塑性，同时需满足使用时的耐腐蚀性能和防锈性能，因而选用不锈钢1Cr18Ni9Ti较好；图1-6（c）所示的散热片对热性能要求较高，同时要求材料密度小，因而选用铝板较好。

任务实施

一、成形方法的确定

图1-1所示的零件成形的方法很多，可以采用一般的机械加工，也可以采用铸造成形，然而根据零件的结构特点和生产批量，采用这些方法成形会造成原材料浪费严重，生产效率低，成本高，满足不了生产要求。结合上面所学的冲压成形的特点，适合采用冲压成形。

二、工序类型的确定

根据图1-1所示零件的结构特点，各零件的成形工序确定如下：

（1）图1-1（a）垫圈可采用两种成形方法。

①. 落料→冲孔，用简单工序完成。

②. 冲孔落料，用复合工序完成。

以上两种成形方法的工序均属于分离工序。

（2）图1-1（b）支架：落料→弯曲。其中，落料为分离工序，弯曲为成形工序。

（3）图1-1（c）水杯：由杯身和手柄两部分焊接而成。

①. 杯身：落料→拉深→切边→翻边。其中，落料、切边为分离工序，拉深、翻边为成形工序。

②. 手柄：落料→翻边→弯曲。其中，落料为分离工序，翻边、弯曲为成形工序。

（4）图1-1（d）饭盒：落料→拉深→切边。其中，落料、切边为分离工序，拉深为成形工序。

三、材料的选用

根据零件的结构、用途和成形性质，运用前面所学的冲压件材料的选用原则，可得图1-1所示零件的材料选用如下：

（1）图1-1（a）垫圈：零件结构简单，对成形材料的塑性要求不高，选用Q235钢板。

（2）图1-1（b）支架：零件结构简单，弯曲时，弯曲圆角部分会产生塑性变形，但变形量不大，故可选用Q235或08钢板。

（3）图1-1（c）水杯：

① 杯身：零件结构简单，拉深和翻边时，材料的塑性变形量大，因而选用08钢板。

② 手柄：零件结构简单，弯曲时，翻边及弯曲圆弧部分会产生塑性变形，但变形量不大，故可选用Q235或08钢板。因需与杯身焊接，考虑到同种材料焊接时的效果好，因此选用08钢板较好。

（4）图1-1（d）饭盒：零件结构简单，属于盒形件拉深，拉深时周边圆角将产生较大的塑性变形，因而要求成形材料的塑性较好，同时考虑到是用来作为食品盛装器皿的，故选用不锈钢板1Cr18Ni9Ti较好。

知识拓展

冲压概念及特点、冲压工序的划分、冲压件材料的选择是我们日后设计冲压产品及冲压模具的理论基础，结合前面所学的和日常生活中所了解的知识，同学们可分组讨论图1-7所示冲压件应如何进行工序的划分和材料选择。

复习思考

一、填空题

1.冲压是指依靠安装在___上的___对材料施加压力，使其产生___或___，从而获得所需形状、尺寸和性能零件的一种压力加工方法。

2.冲压三要素是指___、___和___。

3.按材料的变形性质可将冲压工序分为___和___两大类。

4.冲压常用材料包括___和___。

二、选择题

1.冲压常用的材料为（）。

A.棒料

B.板料

C.块料

2.下列属于分离工序的有（）。

A.落料

B.拉深

C.切口

3.下列属于成形工序的有（）。

A.冲孔

B.弯曲

C.翻边

三、简答题

1.与其他机械加工相比，冲压加工有哪些特点？

2.什么叫分离工序？什么叫成形工序？分离工序与成形工序的本质区别是什么？

3.冲压对材料有哪些要求？选择冲压材料时应遵守哪些原则？